Elementos no lineales de un circuito eléctrico, ejemplos y sus características
Elementos no lineales de un circuito eléctrico, ejemplos y sus características
Elementos no lineales de un circuito eléctrico, ejemplos y sus características
Los circuitos se componen de varios componentes que desempeñan funciones específicas en el flujo de corriente eléctrica. Los básicos incluyen: conductores, resistencias, fuentes de voltaje, diodos, transistores, interruptores, pantallas, sensores y muchos otros. Algunos de ellos pertenecen al grupo lineal, y otros, a elementos del circuito no lineal, y es este último el que se discutirá ahora.
- ¿Qué son los elementos no lineales?
- Tipos de componentes electrónicos no lineales
- Diferencias entre elementos lineales y no lineales
- Dónde se utilizan componentes electrónicos no lineales
Elementos no lineales de un circuito eléctrico – ¿Qué son?
Los elementos de circuitos eléctricos no lineales son componentes cuyas características no son lineales en relación con el voltaje o la corriente. Esto significa que la corriente que fluye no es proporcional a la cantidad de voltaje que la atraviesa, como es el caso de los elementos lineales. La relación entre estos parámetros (A y V) no puede describirse mediante una simple ecuación matemática, como ocurre con las componentes lineales de un circuito eléctrico.
Los elementos no lineales de un circuito eléctrico pueden tener diferentes características. Es más, algunos son controlables, mientras que otros, lamentablemente, no. Estos elementos son cruciales en el diseño de circuitos electrónicos porque permiten la implementación de diversas funciones como rectificación, amplificación de señal, estabilización de voltaje y muchas otras. Son tareas que no se pueden lograr con el uso exclusivo de elementos lineales, como por ejemplo: resistencias o condensadores.
Ejemplos de elementos no lineales de circuitos eléctricos.
Como ya se indicó al principio, existen muchos componentes no lineales en los circuitos eléctricos. La siguiente lista es sólo una muestra, pero presenta los componentes más importantes y comúnmente utilizados que todo entusiasta de la electrónica encontrará tarde o temprano.
- Diodo semiconductor este elemento tiene características de corriente/voltaje no lineales, lo que significa que la corriente que fluye a través de él depende de la polarización (es decir, la dirección de conducción) y no es proporcional al voltaje a través de él. Los diodos se utilizan comúnmente como elementos rectificadores en circuitos.2. Transistor bipolar NPN y PNP: Este componente tiene características de corriente no lineal, dependiendo del voltaje aplicado en sus tres terminales (base, colector y emisor). Los transistores bipolares se utilizan a menudo como amplificadores de señal.
- Transistor unipolar (tipo MOSFET): Los transistores como MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) también tienen características de corriente/voltaje no lineales y se usan ampliamente en circuitos digitales y analógicos.
- Termistores: Se trata de elementos cuya resistencia cambia en función de la temperatura. Esta propiedad básica hace que se utilicen a menudo en sistemas de control de temperatura.
- Diodos Zener: este elemento es un tipo de diodo semiconductor. Se caracteriza por una tensión de ruptura definida con precisión que, a pesar de su evolución repentina (avalancha), no causa daños. Este diodo se utiliza para estabilizar el voltaje.
¿En qué se diferencian los elementos no lineales de un circuito eléctrico de los lineales?
Los elementos no lineales de un circuito eléctrico se diferencian de los elementos lineales principalmente en términos de características de corriente/voltaje. En definitiva, la corriente que circula por ellos no es proporcional al voltaje ni a la corriente, y es gracias a esta característica que son aptos para realizar operaciones y transformaciones de señal más avanzadas. Además, los elementos no lineales son necesarios para implementar muchas funciones avanzadas en electrónica, mientras que los elementos lineales se utilizan en aplicaciones más simples. Sin embargo, vale la pena profundizar en el tema y señalar varias otras diferencias que resultan de la propiedad descrita anteriormente o la complementan de alguna manera.
- Características de corriente/tensión:
- En elementos lineales como resistencias, condensadores e inductores, la corriente es proporcional al voltaje a través del elemento, según la ley de Ohm (A = V/R). La linealidad de esta característica significa que un cambio de voltaje provoca un cambio proporcional de corriente.
- En elementos no lineales como diodos, transistores, termistores etc., la corriente no es proporcional al voltaje de forma constante y su comportamiento puede ser más complicado y depende de muchos factores.
- Transferencia de energía:
- Los elementos lineales no generan nuevas frecuencias al transmitir energía, ni transforman frecuencias existentes en el circuito. Transmiten energía sin afectarla.
- Los elementos no lineales pueden generar nuevos armónicos de frecuencia, transformar señales e introducir distorsiones no lineales. Un ejemplo es un diodo en un sistema rectificador, que convierte una señal alterna en una señal unidireccional.
- Usos:
- Los elementos lineales se utilizan comúnmente en circuitos simples como divisores de voltaje, filtros pasivos, etc.
- Los elementos no lineales se utilizan en sistemas electrónicos más avanzados, como amplificadores, rectificadores, estabilizadores de voltaje, moduladores y demoduladores, siempre que sea necesario un procesamiento de señales complejo.
- Regulación y control:
- Los elementos lineales normalmente no tienen la capacidad de regular o controlar activamente la corriente o el voltaje en un circuito.
- Se pueden utilizar elementos no lineales para regular y controlar activamente señales eléctricas en circuitos. Los ejemplos incluyen transistores que pueden actuar como amplificadores o interruptores.
Ejemplos del uso de elementos de circuitos eléctricos no lineales.
Los elementos de circuitos eléctricos no lineales se utilizan ampliamente en diversos campos de la electrónica y la ingeniería. La siguiente lista presenta sólo algunos ejemplos de sus aplicaciones.
- Rectificadores de diodos: Los diodos semiconductores se utilizan para convertir señales alternas en permanentes en circuitos de suministro de energía, como por ejemplo: fuentes de alimentación conmutadas. Convierten señales de AC en señales de DC, lo cual es necesario en la mayoría de los dispositivos electrónicos.
- Amplificadores operacionales: Estos amplificadores (operational amplifires, abreviado op-amp) son elementos no lineales que constituyen la base de muchos circuitos amplificadores, filtros y osciladores en electrónica. Se utilizan para amplificar señales y realizar diversas operaciones matemáticas con señales eléctricas.
- Modulación y demodulación: Los transistores y diodos se utilizan en sistemas de modulación y demodulación importantes para las telecomunicaciones. Algunos ejemplos son la modulación de amplitud (AM) y la modulación de frecuencia (FM) en receptores de radio.
- Estabilizadores de voltaje: Los diodos Zener y los transistores se pueden utilizar en circuitos de estabilización que mantienen el voltaje constante independientemente de los cambios en el voltaje de entrada o la carga.
- Clave y conmutación: Los transistores se utilizan a menudo como interruptores en circuitos y controladores digitales. Pueden controlar el flujo de corriente en un circuito, dependiendo de la señal de entrada.
- Termómetros electrónicos: Los termistores, que tienen características de resistencia no lineal con la temperatura, se utilizan como sensores de temperatura en diversas aplicaciones, como los termómetros electrónicos.
- Diodos electroluminosos (LED): Los LED son diodos semiconductores que emiten luz cuando fluye corriente. Son ampliamente utilizados como fuentes de luz en pantallas, indicadores y una iluminación generalizada para el hogar, la oficina y la industria.
- Diodos túnel: Este tipo de diodos utilizan el efecto túnel descubierto por Leo Esaki, premio Nobel japonés. Se utilizan en varios sistemas, tales como: generadores de microondas y relojes de diodos.
- Osciladores de cuarzo: Los osciladores de cuarzo utilizan cristales de cuarzo y elementos no lineales para generar señales horarias precisas, lo cual es necesario para el funcionamiento adecuado de muchos relojes en tiempo real (RTC), tanto de cuarzo como de microcontroladores.
- Fotodetectores: Los fotodetectores suelen utilizar diodos u otros elementos no lineales para convertir la luz en señales eléctricas. Se utilizan en aplicaciones optoelectrónicas como receptores de fibra óptica y sensores de luz.
Los anteriores son sólo algunos de los ejemplos de aplicaciones de elementos de circuitos eléctricos no lineales. Su diversidad y posibilidades los convierten en parte integral de la electrónica moderna y es difícil imaginar su funcionamiento sin ellos.
Finalmente, vale la pena recordar que si al menos uno de los elementos del circuito tiene características no lineales, entonces no se puede decir que sea un circuito electrónico lineal. Para que esto suceda la condición es la linealidad de cada uno de los componentes.